Osservare quel che non si vede…… La MICROSCOPIA

La Biologia è un campo ricco di immagini. Molti dei fenomeni biologici e strutture non sono visibili dall 'occhio umano senza un aiuto. Infatti, l'occhio umano ha una risoluzione di circa 0,1 mm (100 µm).

RISOLUZIONE: la capacità di vedere due punti vicini come 2 punti distinti e non come un unico punto

Le cellule

Mitocondri

Nucleo

Reticolo endoplasmatico

5 micrometri

Dimensioni dei globuli rossi: tra 7 e 9 micrometri di diametro Cellule di osso (SAOS-2): anche 40-50 micron per la dimensione maggiore

Microscopia in campo chiaro cellule umane non colorate (fissate in

paraformaldeide): risultano molto trasparenti, non si riconosce nessun organello

Microscopia in campo chiaro cellule umane di osso fissate e colorate: il nucleo appare

come una zona densamente colorata e tondeggiante (indicata ad es. dalla freccia blu), i puntini sono le zone dove

vengono deposti i sali minerali che compongono l’osso

I mitocondri e gli altri organelli sono SOTTO il limite di risoluzione del microscopio ottico, quindi anche con elevatissimi ingrandimenti non si distinguono. In questa foto si e’ usata una colorazione evidenziare i mitocondri che appaiono come una colorazione diffusa grigia all’interno della cellule. E una colorazione che evidenza il nucleo, la parte centrale tonda. I punti scuri nel nucleo sono i NUCLEOLI, dove e’ presente una elevata sintesi delle molecole che servono a formare i ribosomi.

Per evidenziare gli organelli anche con i microscopi ottici posso pero’ usare dei coloranti fluorescenti che si leghino in modo specifico agli organelli che voglio evidenziare…… queste sono cellule in cui sono stati colorati solo i mitocondri, e tutto il resto appare nero

La fluorescenza permette di fare questo perche’ e’ come se ogni molecola fluorescente fosse una lampadina che emette luce…E come quando di notte vedo delle case molto lontane perche’ hanno le luci accese, ma non le riesco a vedere di giorno perche’ la luce diffusa intorno mi impedisce di notare quella emessa dalle case…..

Cos-7

Cellule trasformate

di rene di scimmia.

Microscopia di fluorescenza

Immagine a falsi colori

mitocondri giallo

citoscheletro rosso

DNA verde

Microscopia a fluorescenza: Posso usare dei cocktail di coloranti per vedere diverse cose in una stessa cellula…. Cos-7 Cellule trasformate di rene di scimmia.

nucleo rosso mitocondri blu citoscheletro verde

ATTENZIONE all’uso corretto del microscopio: Campioni non colorati: UTILIZZARE IL CONTRASTO DI FASE, FACENDO ATTENZIONE CHE GLI ANELLI DI FASE DEL CONDENSATORE SIANO GLI STESSI DELL’OBIETTIVO Campioni colorati: UTILIZZARE IL CAMPO CHIARO controllare che almeno il condensatore non sia posizionato sul contrasto di fase….. Campioni in fluorescenza: controllare di avere un microscopio adatto….

http://www.google.it/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=RAqJDgTVHdvVCM&tbnid=6063k503GarZQM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.nikoninstruments.com/Products/Optics-Objectives/Phase-Contrast-Objectives/CFI-Achromat-Series-for-Phase-Contrast&ei=CS9mU8aQGMaVO-rRgMAD&bvm=bv.65788261,d.ZGU&psig=AFQjCNHvi07uCv9GFDGPaJwkujEHUDJQpw&ust=1399292002124489

Colorazione con May-Grunwald / Giemsa cellule Jurkat (derivate da linfociti T)

Figure 9-8 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

CAMPO SCURO DIC

CONTRASTO DI FASE CAMPO CHIARO

Nuclei di HL60 colorati con HOECHST 33342 1 microgrammo/mL e trattate con in modo da bloccarle in mitosi.

Citofluorimetria a flusso ☺☺☺

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Laser ☺ 4

☻ 2

CITO FLUORIMETRIA

VUOLE OVVIAMENTE MISURARE

PRINCIPALMENTE LA FLUORESCENZA EMESSA DA OPPORTUNI FLUOROCROMI INTRINSECI O ESTRINSECI PRESENTI IN

QUALCHE COSA DI PARTICOLATO QUINDI IN UNA CELLULA, IN UN ORGANELLO, IN UN CROMOSOMA, IN UN ORGANISMO PLURICELLULARE O IN PARTICELLE NON BIOLOGICHE

CITOFLUORIMETRIA A FLUSSO E’ una tecnica che permette la misurazione di diversi parametri e la caratterizzazione di cellule monodisperse sospese in un mezzo fluido. Consente di misurarne le caratteristiche fisiche e/o biochimiche all’interno di un flusso laminare che interseca una sorgente di eccitazione Rende possibile la misurazione di proprietà multiple di singole cellule ad una velocita’ molto elevata (5000 cell/ secondo), permettendo una dettagliata analisi qualitativa e quantitativa.

NON SOLO ANALISI MA ANCHE RECUPERO DI CAMPIONI CELLULARI SELEZIONATI: CELL SORTER

Ad esempio….

Come posso valutare gli effetti di un potenziale farmaco antitumorale?

Valuto in cellule tumorali e normali:

• Gli effetti antiproliferativi

• L’induzione di apoptosi e/o autofagia

• Lo stress ossidativo

• Il potenziale mitocondriale

• L’espressione di proteine coinvolte in cascate di trasduzione del segnale

Mitocondri, lisosomi e nucleo

Vitalità di spermatozoi bovini

Cellule vive con membrane intatte: verde

Cellule morte: arancio (PI)

Se ho un singolo parametro o al massimo due posso anche contare al microscopo ma se ne ho di piu’?

E se le variazioni dell’intensita’ del segnale sono piccole?

Cos-7

Cellule trasformate

di rene di scimmia.

Se posso “misurare” le diverse fluorescenze all’interno di ciascuna cellula posso creare delle distribuzioni statistiche dei diversi parametri nella mia popolazione

O se ho molti parametri da considerare contemporaneamente?

Cos’e un istogramma Peso: 58, 62, 67, 69,68, 69 70, 72, 73,73 ,75, 76, 76, 77, 77, 78, 78, 78, 78, 80, 80, 81, 83, 84, 85, 86, 87, 96, 102

Canale 55-60 = 1 Canale 61-65 = 1 Canale 66-70= 3 Canale 71-75= 2 Canale 76-80 = 10 Canale 81-85 = 4 Canale 86-90 = 2 Canale 90-95 = 0 Canale 95-100= 1 Canale 101-105 = 1

Coefficiente di variazione puo’ essere valutato come deviazione standard / media*100

E puo’ essere utile per indicare la variabilita’ della distribuzione in modo non dipendente dal valore

assoluto dei dati

La variabilita’ dei nostri dati puo’ essere misurata dalla deviazione standard

esempio

• Se due distribuzioni hanno deviazioni standard di 100 sono due distribuzioni che hanno la stessa variabilità? Forse sono molto diverse….

20.000 ± 100 coeff. di variazione % = 0,5%

300 ± 100 coeff. di variazione % = 33,33%

Istogramma o Citogramma monoparametrico

Citogramma biparametrico

Passiamo ora alla tecnica….

Luce diffusa •Scatter in avanti (FALS o FLS o LS1) •Scatter laterale (SS o LS2)

FLUORESCENZA

Ciclo cellulare

Dovendo valutre la quantità di DNA per nucleo, possiamo utilizzare o cellule intere (normalmente permeabilizzate per permettere l’accesso ai coloranti) o nuclei isolati, di solito in tampone citrato che ne preserva l’integrita’

Potenziale mitocondriale

Sfrutta sonde cationiche che vengono accumulate nei mitocondri la cui l’attivita’, estrudendo i protoni nello spazio intermembrane, lascia la matrice carica negativamente.

Per la maggior parte delle sonde l’intensita’ della fluorescenza e’ direttamente proporzionale all’attivita’ mitocondriale.

Possiamo accoppiare a queste sonde una sonda che penetri solo nelle cellule permeabilizzate (quindi morte o morenti) per avere una migliore analisi della popolazione cellulare in esame